对变频器工作技术原理及运用的研究

作者 / 于良，山东省冶金设计院股份有限公司



对变频器工作技术原理及运用的研究

作者 / 于良，山东省冶金设计院股份有限公司

伴随着计算机技术、电子技术以及电气传动技术的快速发展，使得自动控制在现代工业发展中的应用越来越普遍。其中变频器由于调速性能好、节约能耗，使其在工业生产中已经逐渐取代了传统的直流调速和计算机控制技术，因此本文对变频器工作技术原理及运用进行深入研究

变频器；工作原理；技术；运用

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）：主要进行交流调速，运用变频和微电子技术，通过转变电机工作电源频率方式，对交流电动机设备进行控制。变频器主要由：整流、逆变、滤波、驱动单元、制动单元和检测单元等组成。变频器通过控制内部IGBT，来调节输出电源的电压和频率，根据设备的实际需求，提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，此外，变频器还有很多的保护功能，具体包括过流、过压以及过载保护等。在现代工业自动化技术不断提升的大背景下，变频器的普及和应用也显得至关重要。

1. 变频器的基本工作原理

变频器主要由整流器、中间电路、逆变器、控制电路以及电动机构成。其中整流器是将电网电流转换成直流电；中间电路主要负责电流的传输；逆变器则是将大功率开关晶体管阵列组成电子开关，然后将直流电转换成不同频率、宽度以及幅度的方波；控制电路是按照原先设定好的工作程序，控制输出方波的幅度以及脉冲宽度，使其叠加成接近正弦波的交流电从而驱动电动机工作。变频器主要结构如下图1所示：

图1 变频器主要结构图

变频器在进行调速的过程中，可以分为变极调速、变转差率调速以及变频调速三种形式，其中变极调速是指电动机正常运转的过程中改变定子绕组的极对数，从而同步改变电动机的转数，如果定子绕组数增加一倍，相应的电动机转速就减少一半，这种按极调速的方法无法进行平滑调速；变转差率调速主要涉及到电动机、电磁转差离合器、测速发电机以及控制装置，通过改变电磁转差离合器的电流进行调速，可以进行无极平滑调速，但是由于传递效率调低，不适用恒功率的负载电路；变频调速主要是改变电动机电源的频率进行变速调节，该方式结构简单、调速范围大、精度高、适用范围广、调速性能在三者之间最好。

2. 变频器的功能特点

变频器在现代工业生产中的普及和应用不仅提升了工人的劳动生产率、提高产品质量、设备自动化程度，而且还有效的降低了能源消耗，改善环境和生活质量，以下就对变频器的功能特点进行详细分析。

■2.1 调速效果好

变频器在调速过程中，只需要改变设备内部的逆变管开关顺序即可，调速效果好。通常情况下，变频器在调速环节中都是从低速开始调节，频率较低，而且加减速的时间可以自由设定，这样一来，变频器就可以在启动电流较小的情况下实现平滑调速。此外，变频器还有直流控制功能，根据情况需要，变频器给电动机增加一个直流电压即可实现直流制动控制。

■2.2 降低能耗

变频器在降低能耗方面有着非常显著的效果，尤其是鼓风机、风机以及泵类的负载节能方面，通常可以达到20%～60%。鼓风机、风机、泵负载很多，在交流电动机总容量中占20%～30%，因此在接入变频调速后，设备需要的平均电流较小，因此，采用变频调速节能效率显著。

■2.3 提高生产效率

变频器除了应用在鼓风机、风机、泵类之外，还广泛应用于起重机、注塑机、传送带、机床、纸、膜、钢板加工以及空调、电梯等自动化控制领域。因此，变频器可以有效的提升设备工作效率，降低设备故障率和维护成本，而且操作简单，对于整个工业自动化控制水平的提升有着非常重要的意义。

3. 变频器的应用效果评价

在现代科技的发展下，变频器调速的性能已经日趋成熟，其功能也越来越丰富，因此，除了基本的调速控制外，在联合计算机智能控制的情况下设备的检测和保护功能，也得到了有效提升，因此，变频器应用的领域也越来越广泛，例如：印刷设备、电梯控制、纺织行业、工业生产流水线、数控机

床等方面都有广泛应用，变频器的主要应用如下表1所示。

表1 变频器的运用效果示意图

4. 结论

综上所述，电动机的交流变频调速以其节能效果好、技术先进、工作性能高等优势，在工业自动化生产中的应用越来越普遍。目前变频器已经成为国内外公认的最理想的调速方式之一，尤其是在市场竞争日趋激烈、能源危机日益严重的当下，采用变频器调速来提升工业生产的自动化程度、提高生产效率以及提高产品质量是工业发展的主要道路，本文在此基础上深入分析了变频器的主要结构和技术原理，为日后变频器的应用和研究提供有力依据。

＊ ［1］张静宇.变频器调速技术在风机系统节能中的应用［J］.山东工业技术.2016（01）

＊ ［2］徐瑞生.基于DSP和ARM的变频器设计［D］.大连理工大学，2014

＊ ［3］廖常初.“S7-200 SMARTPLC”讲座 第8讲S7-200SMART与变频器V20的USS协议通信［J］. 电世界. 2016（01）